Ein diploides menschliches Genom besteht aus etwa 6 Milliarden Basenpaaren, die im Kern eng in 23 Chromosomen verpackt sind. Histone sind die Proteine, die an der kompakten Verpackung von DNA in einen mikroskopischen Raum beteiligt sind. Chromatin ist der resultierende DNA-Protein-Komplex. Die Grundeinheit des Chromatins ist das Nukleosom. Das Nukleosom besteht aus einer DNA-Strecke, die um einen Histonkern gewickelt ist. Histone sind positiv geladene Proteine ​​und DNA ist negativ geladen. Der Histonkern wird von einem Proteinoctamer gebildet, das zwei von jeweils vier Histonen, H2A, H2B, H3 und H4, kombiniert. Jedes Chromosom besteht aus Tausenden von Nukleosomen, die durch DNA-Strecken miteinander verbunden sind. Die Struktur der Nukleosomen verleiht dem Chromatin das Aussehen von Perlen auf einer Schnur.

Abgedeckte Schlüsselbereiche

1. Was sind Histone? – Definition, Typen, Rolle 2. Wie sind Histone mit Nukleosomen verwandt? – Bildung von Nukleosomen

Schlüsselbegriffe: Chromatin, Chromatosom, DNA, Histonkern, Linker-DNA, Nukleosom

Was sind Histone?

Histone sind grundlegende Arten von Proteinen, die im Chromatin vorkommen. Sie sind kleine, positiv geladene Proteine. H1, H2A, H2B, H3 und H4 sind Histone-Typen. Im Zellkern sind sie mit DNA verbunden und helfen, sie zu Chromatin zu kondensieren. Alle Arten von Histonen sind an der Bildung des Histonkerns beteiligt, um den sich die DNA wickelt. Die Bildung eines Histon-Oktamers ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Histonkernbildung

Histone spielen eine wichtige Rolle bei der Genregulation, indem sie zwei Arten von Chromatin bilden, die als Euchromatin und Heterochromatin bekannt sind. Euchromatin enthält lose verpackte DNA; daher zeigt es hohe Expressionsraten. Heterochromatin enthält jedoch eng verpackte DNA. Daher werden die Gene im Heterochromatin selten exprimiert.

Wie sind Histone mit Nukleosomen verwandt?

DNA sind negativ geladene Moleküle aufgrund des Vorhandenseins einer Phosphatgruppe im Zucker-Phosphat-Rückgrat. Daher können positiv geladene Histone sehr fest an DNA binden. Die hochkondensierte Struktur der DNA wird durch das Wickeln von DNA um Histonproteinkerne gebildet. Die um einen Histonkern gewickelte DNA ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Nukleosom

Nukleosom dient als grundlegende strukturelle und sich wiederholende Einheit des Chromatins und erzeugt die Perlen auf einer Schnur. Es besteht aus einem Histonkern und einer um ihn gewickelten DNA-Strecke. Ein Histonoctamer oder der Histonkern wird durch die Kombination von zwei der vier Histonetypen H2A, H2B, H3 und H4 gebildet. Eine 146 Basenpaare lange DNA-Strecke wird um das Histon gewickelt, um ein Nukleosom zu bilden. Dieser DNA-Stretch umschließt ungefähr 1,7 Umdrehungen auf dem Histon-Oktamer. Dann bindet eine andere Art von Histon, die als H1 bekannt ist, an den Histonkern und lässt weitere 20 Basenpaare DNA zu. Dies führt dazu, dass eine DNA-Strecke in zwei vollständigen Runden um den Histonkern gewickelt wird. Diese Struktur ist als a. bekannt Chromatosom. Daher wird ein 166 Basenpaare langer DNA-Abschnitt um ein Chromatosom gewickelt. Die Struktur des Chromatosoms ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Chromatosom

Jedes Chromosom besteht aus Tausenden von Nukleosomen, die durch DNA-Abschnitte, die als Linker-DNA bekannt sind, miteinander verbunden sind. Linker-DNA besteht aus 20 Basenpaaren. Dabei bilden sich lange Nukleosomenketten, die den Perlen unter dem Mikroskop eine Stachelstruktur verleihen.

Das Verpacken von DNA in Nukleosomen verkürzt die Länge des DNA-Strangs um das Siebenfache. Der Durchmesser der gebildeten Chromatinfaser beträgt 20 nm. Chromatin wird jedoch weiter zu einer 30-nm-Faser gewickelt, wodurch eine Struktur höherer Ordnung gebildet wird.

Abschluss

Chromatin ist die kondensierte Struktur der DNA, die aus einer Sequenz von Nukleosomen besteht, die miteinander verbunden sind. Nukleosomen sind die Struktureinheit des Chromatins. Es besteht aus einer DNA-Strecke, die um einen Histonkern gewickelt ist. Der Histonkern besteht aus acht Histonproteinen. Histone sind daher die Kernstruktur von Nukleosomen.

Referenz:

1. „DNA-Verpackung: Nukleosomen und Chromatin.“ Nature News, Nature Publishing Group, hier verfügbar.

Bild mit freundlicher Genehmigung:

1. „Nukleosomstruktur“ Von Richard Wheeler (Zephyris) – Englische Wikipedia (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 2. „Nukleosom 1KX5 farbcodiert“ Von Zephyris in der englischsprachigen Wikipedia (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia 3. „Nukleosomenorganisation“ Von Darekk2 – Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia

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